專利名稱：：一種高強高耐蝕性釬焊鋁合金箔材及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及到一種新型高強度高耐蝕性鋁合金的化學成份配方及其釬焊箔材的生產(chǎn)工藝，且特別是對于一種AA3000系鋁合金，包括降低Cu含量，調(diào)整Si、Mn和Fe的含量，復合添加V、Cr、Zr和Ti等元素。
背景技術：
：世界高速工業(yè)化進程加速了能源危機，汽車工業(yè)為了減少汽油消耗，一般的途徑是提高發(fā)動機效率(從設計著手)，減少行駛阻力，改善傳動機構(gòu)效率及減輕汽車自重等，而最有效的是減輕汽車自重。為了減輕汽車自重，一是優(yōu)化設計，二是使用輕質(zhì)化材料。鋁由于其資源豐富，具有很多優(yōu)良的加工成形性和使用性能，并能最大限度的回收利用(可達90%以上)。因此，鋁材是汽車輕量化最理想的材料，也成為當今世界性的研發(fā)課題。目前，鋁材在車輛輕量化上的用量增加主要是熱交換器，如冷凝器、蒸發(fā)器、水箱散熱器、中冷器、暖風機、油冷卻器和空調(diào)器系統(tǒng)等。鋁質(zhì)熱交換器由過去的機械式組裝，發(fā)展到了現(xiàn)在普遍采用釬焊工藝，它是利用低熔點釬焊Al-Si合金層將鋁合金管材和鋁合金帶材連接而成。因此，鋁質(zhì)熱交換器急需大量的釬焊鋁合金散熱片材料。過去的15年期間，普遍采用標準的3003鋁合金，該合金具有良好的成形性能和機械性能，以及可接受的耐蝕性能。近些年，隨著鋁質(zhì)熱交換器結(jié)構(gòu)設計方面的不斷改進，釬焊鋁合金管材和帶材的厚度逐漸變?yōu)?.4mm以下，而釬焊鋁合金帶材的厚度逐漸變?yōu)?.07mm以下。因此，國外已不斷研制與開發(fā)了一些基于Al-Mn系合金的所謂"長壽命"鋁合金材料，以滿足因厚度減薄而帶來合金強度與耐蝕性相應提高的性能要求，并獲得專利保護。3XXX系合金是通過在鋁中添加Mn，形成同溶強化鋁合金，提高合金的強度，并保持良好的耐蝕、導電、導熱性能，以及具有優(yōu)良的焊接性能和塑性加工性能等，現(xiàn)已被廣泛應用于汽車、制冷、化工等行業(yè)中制作熱交換器的散熱管和散熱片。目前世界上應用最廣泛的Al-Mn合金為3003鋁合金(相當我國牌號為3A21)，但由于合金中Mn的含量較高，在鑄造冷卻過程中極容易產(chǎn)生偏析，導致合金的腐蝕性能和加工性能降低，限制了3003鋁合金在空調(diào)和制冷行業(yè)的應用。為了解決這些問題，歐美國家注冊了受多項美國專利保護的X800、K319、3190和3532等鋁合金，通過調(diào)整合金中的Mn、Fe、Mg、Cu、Zn、Ti等元素的含量，優(yōu)化其加工工藝，確保合金在釬焊過程中由于Si的擴散而在其表層形成犧牲陽極保擴層，從而大大提高了合金的抗腐蝕性能，同時確保合金具有優(yōu)良力學性能、加工性能和焊接性能。已有研究表明在鋁中添加少量Cr、Mn、Zr、Ti、Si、V等在提高合金強度時可以減小合金的點蝕，在適當提高合金元素含量時，使其形成較高含量的強化相阻止品粒在熱加工及熱處理過程中粗化而細化組織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明擬采取以下技術方案是降低Cu含量，調(diào)整Si、Mn和Fe的含量，復合添加V、Cr、Zr和Ti等元素。同時，軋制與退火工藝應確保箔材獲得穩(wěn)定的細晶纖維組織結(jié)構(gòu)，晶內(nèi)合金元素得到充分均勻同溶和晶界無不良析出相出現(xiàn)，使合金箔材具有高耐蝕性和高強度以及良好的深加工成形性能等。
發(fā)明內(nèi)容為了解決散熱器用釬焊鋁合金箔材因厚度減薄而帶來要求合金強度及耐蝕性相應提高這些技術問題，本發(fā)明在Al-Mn系合金成份的基礎上，通過降低Cu含量，調(diào)整Si、Mn和Fe含量，復合添加V、Cr、Zr和Ti等元素；通過優(yōu)化加工工藝，確保釬焊鋁合金箔材能獲得穩(wěn)定的細晶纖維組織結(jié)構(gòu)，且晶內(nèi)合金元素得到充分均勻固溶和晶界無不良析出相出現(xiàn)，使釬焊鋁合金箔材具有高的耐蝕性和良好的力學性能與工藝性能等。本發(fā)明的關鍵在于合金的化學成分(質(zhì)量分數(shù)，％)是1.00-1.80Mn，0.40-1.20Si，0.50-1.30Fe，0.10-0.50V，0.05-0.25Cr，0.06-0.25Zr，0.08-0.30Ti，少于0.03X的Cu，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。此外，還涉及到提供該合金釬焊箔材的生產(chǎn)工藝，包括半連續(xù)鑄錠在溫度為550-63(TC下保溫10-18進行均勻化處理，隨后在500-58(TC下進行復合熱軋，控制終軋溫度不低于320°C;冷軋過程中，中間退火工藝為380-480°C下保溫1-4小時。最終性能控制工藝為320-45(TC下保溫2-6小時退火后的成品冷軋道次壓下率控制為20-40%。在本發(fā)明中，Mn與Al形成Al6Mn是合金的主要強化，但高于1.8%后會形成粗大相而嚴重影響合金的加工成形性能。Mn含量的最佳范圍是1.20%到1.60%之間。Si對合金強度有一定作用并提高合金鑄造過程的流動性，同時還會與Fe、V形成極細的高溫穩(wěn)定相Al(Fe，V)Si，提高合金釬焊后的抗下垂性能，并有效降低因強化合金提高Fe含量帶來對合金耐蝕性的不利影響，但高于1.2X后會降低合金的熔點而影響釬焊性能。硅含量的最佳范圍是0.60%到0.90%之間。Cu能提高Al-Mn合金的強度，但易于在晶界析出引發(fā)合金晶間腐蝕，大大降低合金耐蝕性能。因此，應將銅的含量控制在少于0.03%。Fe能提高A1-Mn合金的強度，但高于1.3%，在合金中易于形成大量粗大的Al-Fe和A1-Fe-Si等金屬間化合物，大大降低合金的加工成形性能和耐蝕性能。鐵含量的最佳范圍是O.80%到1.00%之間。V在鋁合金中生成AlnV難溶金屬間化合物，在熔煉和鑄造過程中細化晶粒；特別地在高Fe和Si存在時，可形成極細的Al(Fe，V)Si高溫穩(wěn)定相，在熱變形和熱處理過程中提高再結(jié)晶溫度，細化再結(jié)晶組織，提高合金釬焊后的抗下垂性能。但超過O.5%含量會形成粗大難溶金屬間化合物，降低合金加工成形性能。釩含量的最佳范圍是O.15%到0.25%之間。Cr在鋁合金中主要以Al7(CrFe)和Al12(CrMn)等金屬間化合物存在，阻礙再結(jié)晶的形核和長大，對合金有一定的強化作用，并有效減小合金的點蝕，提高合金耐蝕性能。但一般不超過O.25%，否則會形成粗大難溶金屬間化合物，降低合金加工成形性能。鉻含量的最佳范圍是O.08%到0.18%之間。Zr—般加入量為0.1%-0.3X，形成A^Zr金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶過程，細化再結(jié)晶晶粒。鋯含量的最佳范圍是O.10%到0.20%之間?！闱闆r下，Ti主要可細化鑄造組織，改善合金加工性能。更重要的是Ti在合金中沿厚度方向形成高濃度和低濃度交叉層狀分布，低濃度區(qū)域比高濃度區(qū)域優(yōu)先被腐蝕，因此另一層腐蝕受到阻撓，合金耐腐蝕性能大大提高。含量過高會形成粗大難溶金屬間化合物，降低合金加工成形性能。鈦含量的最佳范圍是0.15%到0.25%之間。具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明設計的合金成份范圍，采用99.7A1錠和Mn、Si、Fe劑以及A110Zr、A110Ti、A15Cr和A15V中間合金，按重量比例配一種合金A-l以及3003合金(見表1)。在5TKg級火焰爐內(nèi)，經(jīng)熔煉、精煉后采用半連續(xù)鑄造成160mmX600mmX2100mm的扁錠，澆注溫度710-720°C;在61(TC下保溫12小時進行均勻化處理，銑面后按12%厚度比組合成復合錠坯在Kw電阻爐中加熱55(TC保溫2小時熱軋到厚度為7.5mm，冷粗軋到1.2mm，43(TC退火2h后冷精軋到0.25mm，再430。C退火2h冷精軋到成品厚度0.18mm。通過對以上成分合金和3003合金650X0.08mm箔材的DSC熔點測定，拉伸性能按《金屬拉伸試驗方法》GB228-87，SWAAT耐腐蝕性試驗按《改性鹽霧試驗方法》ASTM/G85-1998A3(海水酸化循環(huán)實驗)，杯突實驗按《鋁合金金屬杯突試驗法》YS/T419-2000，抗下垂性按。其結(jié)果如下(表1和表2):表1本發(fā)明合金A-l的實測化學成份(重量百分比，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2本發(fā)明合金A-l箔材的性能實測結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種高強高耐蝕性釬焊鋁合金箔材及其制造方法，其化學成分的重量百分比組成為1.00％到1.80％之間的錳；0.40％到1.20％之間的硅；0.50％到1.30％之間的鐵；0.10％到0.50％之間的釩；0.05％到0.25％之間的鉻；0.06％到0.25％之間的鋯；0.08％到0.30％之間的鈦；少于0.03％的銅；其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)，上述合金具有高的強度和高的耐腐蝕性，以及良好的加工成形性能，即由上述合金軋制成厚度為0.08毫米的釬焊箔材，根據(jù)ASTMG85-A3標準，在SWAAT測試之下耐穿透時間超過15天，其耐腐蝕性為3003合金的3倍以上，相同狀態(tài)下的抗拉強度提高15％以上。2.根據(jù)權(quán)利要求l，合金中錳含量的最佳范圍是1.20%到1.60%之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1，合金中硅含量的最佳范圍是0.60%到0.90%之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1，合金中鐵含量的最佳范圍是0.80%到1.00%之間。5.根據(jù)權(quán)利要求l，合金中釩含量的最佳范圍是0.15%到0.25%之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1，合金中鉻含量的最佳范圍是0.08%到0.18%之間。7.根據(jù)權(quán)利要求l，合金中鋯含量的最佳范圍是O.10%到0.20%之間。8.根據(jù)權(quán)利要求l，合金中鈦含量的最佳范圍是O.15%到0.25%之間。9.根據(jù)權(quán)利要求l，合金中還可添加重量百分比為0.05%到0.30%之間的鎂。10.根據(jù)權(quán)利要求1的合金中還可添加重量百分比為1.00%到1.50%之間的鋅。11.根據(jù)權(quán)利要求l，合金其半連續(xù)鑄錠在溫度為550-63(TC下保溫10-18小時后再在400-50(TC下保溫/2-8小時進行雙級均勻化處理。12.根據(jù)權(quán)利要求l，合金其復合熱軋溫度為500-58(TC，控制終軋溫度不低于320°C。13.根據(jù)權(quán)利要求l，合金其冷軋過程的中間退火工藝為380-48(TC下保溫1_4小時。14.根據(jù)權(quán)利要求l，合金其最終性能控制工藝為320-45(TC下保溫2-6小時退火后的成品冷軋道次壓下率控制為20-40%。全文摘要一種高強高耐蝕性釬焊鋁合金箔材及其制造方法，其化學成份重量百分比組成為1.00％-1.80％的Mn，0.40％-1.20％的Si，0.50％-1.30％的Fe，0.10％-0.50％的V，0.05％-0.25％的Cr，0.06％-0.25％的Zr，0.08％-0.30％的Ti，少于0.03％的Cu，還可添加部分其他金屬，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。上述合金具有高強度和高耐腐蝕性，以及良好的加工成形性能，由上述合金軋制成厚度為0.08毫米的釬焊箔材，根據(jù)ASTMG85-A3標準，在SWAAT測試之下耐穿透時間超過15天，其耐腐蝕性為3003合金的3倍以上，相同狀態(tài)下的抗拉強度提高15％以上。文檔編號C22C21/00GK101724770SQ20091022713公開日2010年6月9日申請日期2009年12月9日優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日發(fā)明者張輝,楊新遠申請人:長沙眾興鋁業(yè)有限公司